《機械原理》課程教學大綱

《機械原理》課程名稱（中文/英文）：機械原理/（TheoryofMachinesandMechanisms）課程編號：04021069h學分：3學時：總學時48學時分配：講授學時：42，實驗學時：6適用專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化編制日期：2023年6月一、課程簡介/課程目標本課程是機械類專業(yè)中研究機械共性問題的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，其目標在于使學生掌握關(guān)于機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、機構(gòu)運動學和機器動力學的基本理論和基本知識，初步具有這方面的分析和綜合能力，并得到必要的基本技能訓練。本課程具有承上啟下的橋梁作用，為學生學習后續(xù)課程和掌握專業(yè)知識以及新的科學技術(shù)打下基礎(chǔ)。本課程研究的內(nèi)容可以概括為兩個方面，第一是介紹對已有機械進行結(jié)構(gòu)、運動和動力分析的方法，第二是根據(jù)運動和動力性能方面的要求設(shè)計新機械。機械原理課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。它一方面較物理、理論力學等理論課程更加結(jié)合工程實際，另一方面又不同于專業(yè)課程。各種機器的主要組成部分都是各種機構(gòu)。雖然機器種類繁多，但組成機器的常用機構(gòu)卻只有三到五種。本課程就是要學習這些常用機構(gòu)的分析和綜合的方法，以此研究各種機構(gòu)和機器所具有的一般共性問題。貫穿本門課程教學過程的主要教學方法有：啟發(fā)式、互動式課堂講授，輔導答疑，課外作業(yè)鞏固，倡導自學并提供充足的課程資料，在相關(guān)知識點融入課程思政教育。課程目標1：能夠?qū)νㄓ脵C構(gòu)進行結(jié)構(gòu)組成分析、運動學分析和動力學分析；能夠?qū)?fù)雜機械工程問題進行分析與評價。課程目標2：運用相關(guān)科學原理和數(shù)學模型，掌握平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪及輪系等通用機構(gòu)的類型、運動特點及設(shè)計方法；課程目標3：根據(jù)特定需求，組合多種機構(gòu)設(shè)計出各種傳動方案，優(yōu)化傳動方案。課程目標和畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求11.3能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識和數(shù)學模型方法用于推演、分析機械工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。1.工程知識22.2能基于相關(guān)科學原理和數(shù)學模型方法，正確表達機械領(lǐng)域復(fù)雜工程問題2.問題分析33.1掌握機械工程設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計/開發(fā)方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標和技術(shù)方案的各種因素3.設(shè)計/開發(fā)解決方案教學內(nèi)容和教學環(huán)節(jié)與課程目標的對應(yīng)關(guān)系（一）理論教學表一理論教學內(nèi)容、教學方式和課程目標的關(guān)系教學內(nèi)容知識點教學環(huán)節(jié)課程目標講授作業(yè)第一章緒論機械原理的研究對象和研究內(nèi)容√課程目標1學習機械原理的目的機械原理的學習方法機械原理學科的發(fā)展現(xiàn)狀第二章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目標√√課程目標1課程目標3機構(gòu)的組成（構(gòu)件、運動副、運動鏈和機構(gòu)機構(gòu)運動簡圖繪制機構(gòu)具有確定運動的條件平面機構(gòu)的自由度計算計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項第三章平面機構(gòu)的運動分析機構(gòu)運動分析的目標和方法√√課程目標1課程目標3速度瞬心法平面機構(gòu)運動分析的圖解法平面機構(gòu)的位移、速度和加速度方程的建立及求解第四章平面機構(gòu)的力分析機構(gòu)力分析的目標和方法√課程目標1課程目標3構(gòu)件慣性力的確定質(zhì)量代換法運動副中的摩擦：移動副中的摩擦（斜平面摩擦、槽面摩擦）螺旋副中的摩擦；轉(zhuǎn)動副中的摩擦（軸頸摩擦、摩擦圓、軸端摩擦）第五章機械中的效率和自鎖機械效率的計算方法√√課程目標1機械自鎖的判斷第六章機械的平衡機械平衡的目標√課程目標1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡平面四桿機構(gòu)平衡的基本概念第七章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計連桿機構(gòu)的傳動特點及其應(yīng)用√√課程目標2課程目標3平面四桿機構(gòu)的基本型式及其演化平面四桿機構(gòu)的基本知識（有曲柄的條件、急回運動及行程速比系數(shù)、傳動角和壓力角、死點和傳動的連續(xù)性等）平面四桿機構(gòu)的設(shè)計（圖解法含按已知連桿三位置、兩連架桿三對應(yīng)位置、行程速比系數(shù)）第八章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類√課程目標2課程目標3推桿常用的運動規(guī)律及其選擇原則用作圖法設(shè)計平面凸輪的輪廓曲線平面凸輪的壓力角、自鎖及其基本尺寸的合理選擇第九章齒輪機構(gòu)及其設(shè)計齒輪機構(gòu)的應(yīng)用及其分類?！獭陶n程目標2課程目標3齒廓嚙合基本定律。漸開線的形成及其性質(zhì)漸開線齒廓的嚙合傳動（定傳動比傳動、可分性、正壓力方向不變性等）漸開線齒輪各部分的名稱及尺寸。漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動（正確嚙合條件、中心距、連續(xù)傳動條件等）漸開線齒輪的切制原理。漸開線標準齒輪無根切現(xiàn)象的最少齒數(shù)。漸開線齒輪的變位修正斜齒圓柱齒輪傳動（齒廓的形成、端面、法面）和人字齒輪傳動的正確嚙合條件、基本尺寸、當量齒數(shù)、重合度、主要優(yōu)缺點第十章齒輪系及其設(shè)計齒輪系的應(yīng)用及其類型?！獭陶n程目標2課程目標3定軸輪系傳動比周轉(zhuǎn)輪系傳動比實驗教學表二實驗教學內(nèi)容、學習要求和課程目標的關(guān)系序號實驗名稱學時實驗教學內(nèi)容學習要求課程目標1機構(gòu)認知實驗2通過實物模型和機構(gòu)的觀察，學生可以認識到：機器是由一個機構(gòu)或幾個機構(gòu)按照一定運動要求組合而成的；觀察各種機構(gòu)的運動特點掌握各種機構(gòu)的運動特性，建立真實機構(gòu)直觀印象課程目標12機構(gòu)運動簡圖測繪21.選擇5～8種機構(gòu)模型和機器，選好模型后緩慢地轉(zhuǎn)動被測的機器或模型，從原動件開始觀察機構(gòu)的運動，認清機架，原動件和從動件。2.根據(jù)運動傳遞的順序，仔細分析相互連接兩構(gòu)件間的接觸方式及相對運動形式，確定組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目及運動副類型和數(shù)目。3.合理選擇投影面，繪制機構(gòu)的運動簡圖的草圖。初步掌握根據(jù)實際機器或機構(gòu)模型繪制機構(gòu)運動簡圖的技能。驗證和鞏固機構(gòu)自由度的計算方法。通過實驗機構(gòu)的比較，鞏固對機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的了解。課程目標23漸開線齒輪范成實驗2用范成儀范成出一個發(fā)生根切的齒輪和一個恰好不發(fā)生根切的齒輪1.掌握用范成法加工漸開線齒輪的基本原理，觀察漸開線齒輪齒廓曲線的形成過程。2.了解漸開線齒輪齒廓的根切現(xiàn)象和用徑向變位避免根切的方法。3.分析比較標準齒輪與變位齒輪齒形的異同。課程目標3實驗報告要求：1、每次實驗前必須根據(jù)實驗指導書結(jié)合講課內(nèi)容進行預(yù)習，明確實驗?zāi)康摹?、實驗報告要書寫整齊，圖表要整齊規(guī)范。3、主要儀器設(shè)備：各類機器、機構(gòu)模型陳列柜，各種機構(gòu)模型，各種機器實物，齒輪范成儀。4、實驗指導書名稱：郭衛(wèi)東，機械原理實驗教程，北京：科學出版社，2015四、教學安排教學內(nèi)容課堂教學（學時）實驗（學時）總計（學時）第一章緒論22第二章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析448第三章平面機構(gòu)的運動分析44第四章平面機構(gòu)的力分析66第五章機械中的效率和自鎖44第六章機械的平衡22第七章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計66第八章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計44第九章齒輪機構(gòu)及其設(shè)計8210第十章齒輪系及其設(shè)計22合計42648五、課程考核（一）課程考核評價方式課程考核由平時成績與期末成績相結(jié)合的方式進行。1、平時成績占40%，主要包括：平時作業(yè)占20%、實驗占10%、平時表現(xiàn)10%。2、期末成績占60%，考試采用閉卷筆試方式。考試范圍應(yīng)涵蓋所有講授及自學的內(nèi)容，考試內(nèi)容應(yīng)能客觀反映出學生對本門課程主要概念的記憶、掌握程度，對有關(guān)理論的理解、掌握及綜合運用能力?？荚囶}型以選擇題、判斷題、簡答題、分析繪圖題、計算題為主。考核與評價方式課程目標成績比例（期末成績60%+平時成績40%）合計平時成績（40%）課程考試（60%）作業(yè)（20%）課堂表現(xiàn)（10%）實驗（10%）184424402642183036241830合計(成績構(gòu)成）20101060100（二）成績評定辦法及依據(jù)（1）平時作業(yè)評分標準成績課程目標優(yōu)秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）課程目標1（8%）通用機構(gòu)組成、運動學和動力學的基本知識掌握全面，基本概念正確、論述邏輯清楚、層次分明，解題過程完整，答案正確，書寫清晰。通用機構(gòu)組成、運動學和動力學的基本知識掌握較全面，基本概念較正確、論述比較清楚，解題過程較完整，答案較正確，書寫清晰。通用機構(gòu)組成、運動學和動力學的基本知識掌握較全面，概念基本正確、論述比較清楚，解題過程基本完整，答案基本正確。通用機構(gòu)組成、運動學和動力學的基本知識掌握一般，概念基本正確、論述基本清楚、解題過程基本完整，答案大部分正確。通用機構(gòu)組成、運動學和動力學的基本知識掌握較少，解題過程不完整，答案正確率低于60%，或存在作業(yè)抄襲現(xiàn)象。課程目標2（6%）能夠熟練掌握通用機構(gòu)的分類、運動特點、應(yīng)用場合及設(shè)計方法。書寫清晰。能夠較熟練掌握通用機構(gòu)的分類、運動特點、應(yīng)用場合及設(shè)計方法。書寫清晰。能夠基本掌握通用機構(gòu)的分類、運動特點、應(yīng)用場合及設(shè)計方法。能夠部分掌握通用機構(gòu)的分類、運動特點、應(yīng)用場合及設(shè)計方法。對機構(gòu)的設(shè)計還需進一步熟練。不能掌握通用機構(gòu)的分類、運動特點、應(yīng)用場合及設(shè)計方法。機構(gòu)設(shè)計方法不正確?；虼嬖谧鳂I(yè)抄襲現(xiàn)象。課程目標3（6%）能夠熟練掌握各種常用機構(gòu)的特點及設(shè)計方法；能根據(jù)實際需要，設(shè)計出多種組合運動方案，并進行優(yōu)化；能夠準確、清晰表達設(shè)計方案。能夠熟練掌握各種常用機構(gòu)的特點及設(shè)計方法；能根據(jù)實際需要，設(shè)計出部分組合運動方案，并進行優(yōu)化；能夠準確表達設(shè)計方案。能夠較熟練掌握各種常用機構(gòu)的特點及設(shè)計方法；能根據(jù)實際需要，設(shè)計出一到兩種組合運動方案，并進行優(yōu)化；能夠準確表達設(shè)計方案。能夠一般掌握各種常用機構(gòu)的特點及設(shè)計方法；能根據(jù)實際需要，設(shè)計出一到兩種組合運動方案，并進行優(yōu)化；設(shè)計方案的表達較混亂。能夠一般掌握部分常用機構(gòu)的特點及設(shè)計方法；能根據(jù)實際需要，設(shè)計出一種組合運動方案；設(shè)計方案的表達較混亂，或有作業(yè)抄襲現(xiàn)象。每次作業(yè)按百分制評分，以所有作業(yè)的平均成績計入總成績。課堂表現(xiàn)課程目標考核內(nèi)容評分標準90-100分80-89分70-79分60-69分<60分課程目標1（4%）考核學生課下預(yù)習、復(fù)習、課堂考勤及參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學活動，不能回答老師提出的問題。課程目標2（4%）考核學生課下預(yù)習、復(fù)習、課堂考勤及參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學活動，不能回答老師提出的問題。課程目標3（2%）考核學生課下預(yù)習、復(fù)習、課堂考勤及參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學活動，不能回答老師提出的問題。（3）實驗環(huán)節(jié)考核與評價標準成績課程目標優(yōu)秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）課程目標1（4%）全程認真觀看、思考各機構(gòu)運動特點，認真動手做筆記；書寫實驗報告規(guī)范、合理；正確繪出機構(gòu)運動簡圖。全程比較認真觀看、思考各機構(gòu)運動特點，認真動手做筆記；書寫實驗報告規(guī)范、合理；正確繪出機構(gòu)運動簡圖。全程比較認真觀看、思考各機構(gòu)運動特點，能動手做部分筆記；書寫實驗報告規(guī)范、合理；正確繪出機構(gòu)運動簡圖。全程較認真觀看、思考各機構(gòu)運動特點，認真動手做筆記；書寫實驗報告規(guī)范、合理；不能正確繪出機構(gòu)運動簡圖。沒有全程認真觀看、思考各機構(gòu)運動特點，不能認真動手做筆記；書寫實驗報告不規(guī)范、合理；不能正確繪出機構(gòu)運動簡圖。課程目標2（2%）繪制機構(gòu)運動簡圖過程規(guī)范，實驗報告撰寫規(guī)范，圖表清楚，數(shù)據(jù)合理，數(shù)據(jù)分析充分，結(jié)論正確，實驗報告中的問題討論能夠適當展開，有自己的觀點，所得出結(jié)論與實驗過程聯(lián)系緊密。繪制機構(gòu)運動簡圖過程比較規(guī)范，實驗報告撰寫較規(guī)范，圖表清楚，數(shù)據(jù)合理，數(shù)據(jù)分析手段正確，結(jié)論正確，實驗報告中的問題討論能夠適當展開。能夠基本完成繪制機構(gòu)運動簡圖實驗，實驗報告撰寫基本規(guī)范，數(shù)據(jù)分析和結(jié)論基本正確，實驗報告中的問題討論可以進行一定程度的展開。能夠完成實驗，實驗報告撰寫不完整，數(shù)據(jù)分析和結(jié)論基本正確，實驗報告中的問題討論未進行適當展開。不能完成實驗，不能按時提交實驗報告，抄襲他人的實驗結(jié)果或?qū)嶒灁?shù)據(jù)分析不正確。課程目標3（4%）掌握齒輪加工的特點，理解齒輪范成的原理，實驗準備充分，圖紙清晰正確，實驗報告中的問題討論能夠適當展開，有自己的觀點，所得出結(jié)論與實驗過程聯(lián)系緊密。理解齒輪加工的特點，理解齒輪范成的原理，實驗準備充分，圖紙清晰正確，理解所得出結(jié)論與實驗過程的緊密聯(lián)系。理解齒輪加工的特點，理解齒輪范成的原理，圖紙基本清晰正確，理解所得出結(jié)論與實驗過程的緊密聯(lián)系。能夠按照實驗報告進行齒輪范成實驗，圖紙基本清晰正確，理解所得出結(jié)論與實驗過程的緊密聯(lián)系。不能完成實驗，不能按時提交實驗報告，抄襲他人的實驗結(jié)果或?qū)嶒灁?shù)據(jù)分析不正確。（4）期末考核與評分標準課程目標考核內(nèi)容評分標準90-100分80-89分70-79分60-69分<60分課程目標1（24%）機構(gòu)的組成；機構(gòu)的運動學分析、動力學分析熟練掌握機構(gòu)的組成；能夠正確分析機構(gòu)運動學和動力學；對復(fù)雜機械工程問題進行正確的分析和評價。較好掌握機構(gòu)的組成；能夠分析機構(gòu)運動學和動力學；對復(fù)雜機械工程問題進行較好的分析和評價。基本掌握機構(gòu)的組成；能夠一般分析機構(gòu)運動學和動力學；對復(fù)雜機械工程問題分析和評價基本正確。基本掌握機構(gòu)的組成；對機構(gòu)運動學和動力學分析尚有欠缺；對復(fù)雜機械工程問題分析和評價還需加強。不能掌握工程材料特性，熱處理、鑄造、鍛壓和焊接的基本知識，對復(fù)雜機械工程問題分析和評價方法錯誤。課程目標2（18%）平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪及輪系等通用機構(gòu)的類型、運動特點及設(shè)計方法；能夠準確表達單一機構(gòu)設(shè)計方案。能夠熟練掌握平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪及輪系等通用機構(gòu)的類型、運動特點及設(shè)計方法；能夠較準確表達單一機構(gòu)設(shè)計方案。能夠較熟練掌握平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪及輪系等通用機構(gòu)的類型、運動特點及設(shè)計方法；能夠一般表達單一機構(gòu)設(shè)計方案。能夠較熟練掌握部分通用機構(gòu)的類型、運動特點及設(shè)計方法；能夠一般表達單一機構(gòu)設(shè)計方案。能夠一般掌握部分通用機構(gòu)的類型、運動特點及設(shè)計方法；能夠一般表達單一機構(gòu)設(shè)計方案。不能掌握平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪及輪系等通用機構(gòu)的類型、運動特點及設(shè)計方法；不能準確表達單一機構(gòu)設(shè)計方案。課程目標3（18%）根據(jù)特定需求，組合多種機構(gòu)設(shè)計出各種傳動方案，優(yōu)化傳動方案。能夠熟練掌握各種組合機構(gòu)的設(shè)計方法；并能設(shè)計出各種傳動方案；優(yōu)化傳動方案；能夠準確表達設(shè)計方案。能夠較熟練掌握各種組合機構(gòu)的設(shè)計方法；并能設(shè)計出若干傳動方案；優(yōu)化傳動方案；能夠較準確表達設(shè)計方案。能夠較熟練掌握若干組合機構(gòu)的設(shè)計方法；并能設(shè)計出若干傳動方案，優(yōu)化傳動方案；能夠一般表達設(shè)計方案。能夠一般掌握一到二種組合機構(gòu)的設(shè)計方法；并能設(shè)計出一到二種傳動方案；能夠一般表達設(shè)計方案。不能掌握組合機構(gòu)的設(shè)計方法；不能設(shè)計傳動方案，優(yōu)化傳動方案；設(shè)計方案表達不清晰。六、教學基本要求教師在課堂上應(yīng)對基本概念、規(guī)律、原理和方法進行必要的講授，并詳細講授每章的重點、難點內(nèi)容；講授中應(yīng)注意理論聯(lián)系實際，通過必要的案例展示、討論，啟迪學生的思維，加深學生對有關(guān)概念、理論等內(nèi)容的理解，并應(yīng)采用多媒體輔助教學，加大課堂授課的知識含量。在主要章節(jié)講授完之后，要布置一定量的案例分析討論，加深學生對所學知識的理解、運用，拓寬學生的知識面。對學生的要求：預(yù)習和復(fù)習是常態(tài)學習過程；認真完成教師布置的作業(yè)；上課要認真聽講，與教師互動，積極發(fā)言；有問題要及時答疑，不得隨意缺課。認真做實驗，實驗后能分析、歸納實驗結(jié)果，撰寫出完整的實驗報告。七、教學方法采用啟發(fā)式、討論式與實驗教學相結(jié)合的教學方法。教師在理論授課時注重教學互動形式，即采用啟發(fā)式提問，學生討論后回答的方式加強交流，重要章節(jié)結(jié)合實驗教學，使教學模式生動多樣。本課程采用的教學媒體主要有：文字教材（包括主講教材和參考書）、音像教材（光盤）、課件（包括主講老師對全書的系統(tǒng)講授，還有重要內(nèi)容的文字提示與電子教學幻燈片）以及網(wǎng)絡(luò)綜合平臺的互動。本課程自學內(nèi)容的量應(yīng)不少于理論教學時數(shù)的20%，主要安排在各章節(jié)中有關(guān)背景資料和易于理解的內(nèi)容上。在主要章節(jié)講授完之后，要布置一定量作業(yè)旨在加深學生對所學知識的理解、運用，拓寬學生的知識面。八、建議使用教材與教學參考書（1）建議教材：1、孫桓，機械原理（第9版），北京：高等教育出版社出版，2021（2）建議教學參考書：1、孫桓，機械原理（第8版），北京：高等教育出版社出版，20132、于靖軍，機械原理，北